Primeiro teletransporte de estados quânticos complexos de alta dimensão

Cientistas austríacos e chineses conseguiram, pela primeira vez, transferir estados quânticos tridimensionais (imagem simbólica). Créditos: ÖAW / Harald Ritsch.

Cientistas austríacos e chineses conseguiram teletransportar estados quânticos tridimensionais pela primeira vez, uma conquista que pode desempenhar um papel importante em futuros computadores quânticos.

Pesquisadores da Academia de Ciências da Áustria e da Universidade de Viena demonstraram experimentalmente o que antes era apenas uma possibilidade teórica. Em conjunto com físicos quânticos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, eles foram capazes de teletransportar estados quânticos complexos de alta dimensão. As equipes de pesquisa relataram essa descoberta na revista Physical Review Letters.

Em seu estudo, os pesquisadores teletransportaram o estado quântico de um fóton (partículas de luz) para outro fóton distante. Anteriormente, apenas estados de dois níveis (“qubits”) haviam sido transmitidos, ou seja, informações com os valores “0” ou “1”. No entanto, os cientistas conseguiram teletransportar um estado de três níveis, o chamado “qutrit”. Na computação quântica, diferentemente da computação clássica, “0” e “1” não são “um ou outro” – é possível serem ambos simultaneamente, ou algo intermediário também. A equipe austríaca-chinesa demonstrou isso na prática com uma terceira possibilidade “2”.

Novo método experimental

Os cientistas sabem desde os anos 90 que o teletransporte quântico multidimensional é teoricamente possível. No entanto: “Primeiro, tivemos que projetar um método experimental para implementar o teletransporte de alta dimensão, bem como desenvolver a tecnologia necessária”, diz Manuel Erhard, do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia de Ciências da Áustria, em um comunicado.

O estado quântico a ser teletransportado é codificado nos possíveis caminhos que um fóton pode seguir. É possível imaginar esses caminhos como três fibras ópticas. O mais interessante é que, na física quântica, um único fóton também pode ser localizado nas três fibras ópticas ao mesmo tempo. Para teletransportar esse estado quântico tridimensional, os pesquisadores utilizaram um novo método experimental. O núcleo do teletransporte quântico é a chamada medição de Bell. É baseado em um divisor de feixe multiporta, que direciona os fótons através de várias entradas e saídas e conecta todas as fibras ópticas. Além disso, os cientistas utilizaram fótons auxiliares, que também são enviados ao divisor de feixes múltiplos e podem interferir com outros fótons.

Mediante a seleção inteligente de certos padrões de interferência, a informação quântica pode ser transferida para um outro fóton distante do fóton de entrada, sem que os dois interajam fisicamente. O conceito experimental não se limita a três dimensões, mas, em princípio, pode ser estendido a qualquer número de dimensões, como enfatiza Erhard.

Com isso, a equipe de pesquisa internacional também deu um passo importante em direção a aplicações práticas, como uma futura internet quântica, uma vez que sistemas quânticos de grande escala podem transportar maiores quantidades de informação do que os qubits. “Esse resultado pode ajudar a conectar computadores quânticos com recursos de informação mais além dos qubits”, diz Anton Zeilinger, físico quântico da Academia de Ciências da Áustria e da Universidade de Viena, sobre o potencial inovador do novo método.

Os pesquisadores chineses participantes também veem grandes oportunidades no teletransporte quântico multidimensional. “As bases para os sistemas de redes quânticas da próxima geração são baseadas em nossa pesquisa fundamental de hoje”, diz Jian-Wei Pan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.

Em trabalhos futuros, os físicos se concentrarão em como estender o conhecimento recém-adquirido para permitir o teletransporte de todo o estado quântico em um único fóton ou átomo.

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